いよいよ授業が始まりました。最初のトピックスはカルボン酸の誘導体とその付加脱離反応です。カルボン酸は古くから知られている化合物なので慣用名がたくさんあります。系統的な名前を持たないものもたくさんありますし、それが身近な化合物だったりするので、どんなものなのか把握しておきましょう。教科書には表にしてありますので、これくらいはすぐ思い出せるようにしておきましょう。

最初の反応はエステルなどの加水分解反応です。この反応はエステルのアルコキシ基が水酸基で置き換わるので置換反応ではありますが、実際には付加脱離のメカニズムで進行します。たとえば強い求核剤である水酸化物イオンを使った加水分解では、OH-がエステルカルボニル基に求核攻撃して、正四面体中間体を生じます。アルデヒドやケトンへの付加反応はここでおしまいなのですが、エステルなどのカルボン酸誘導体の場合は、この正四面体中間体からアルコキシドイオンもしくは水酸化物イオンが脱離して、カルボニル基が復活します。もし入ってきた水酸化物イオンが抜ければ、原料のエステルに帰るだけですから、反応は見かけ上進行していないことになりますが、アルコキシドが脱離すれば、カルボン酸になりますので、エステル基のカルボン酸への変換、すなわち加水分解反応が進行したことになります。生じたカルボン酸は酸なので、アルコキシドと速やかに中和反応して、カルボキシラートとアルコールになります。従ってアルカリ条件での加水分解は１当量のアルカリが必要になります。

水酸化物イオンは強い求核剤なので、比較的反応性が低いエステルカルボニル基とも反応できますが、水の酸素は攻撃できる求核性を持ち合わせていません。しかし、もし酸を作用させて、エステルカルボニル基の活性化をすればどうなるでしょうか。カルボニルの酸素はローンペアを持ちますから、酸があれば「配位結合」してカルボニル酸素がプロトン化した状態になります。これは共鳴構造を書くと、カルボニル炭素に「＋１」の電荷を書くことができますから、明らかにカルボニル炭素は求電子性が高くなり、元のエステルよりも活性化された状態になります。こうなると少々求核性の低い（＝反応性の低い）水分子の酸素ですら「求核剤」となり得て、カルボニル炭素を求核攻撃して正四面体中間体を与えます。この後プロトンがシフトして、アルコールが脱離すれば、カルボン酸を生じて加水分解反応が進行します。また反応終了後には酸は再びリリースされますから、触媒量の酸が存在するだけで反応は十分進行することになります（もちろん水は大量に必要ですが）。

これらのことからいえることは、一般の反応はそのほとんどが、塩基触媒でも進行するし、酸触媒でも進行する。結局は反応に関わる求核剤（電子対供与体：−の方の基質）と求電子剤（電子対受容体：＋の方の基質）のどちらかを活性化すれば反応は進行することになります。求核剤を活性化すれば、電子を押し出すので「push」の効果で反応は進行しますし、求電子剤を活性化すれば、電子を引っ張るので「pull」の効果で反応は進みます。このように、有機反応では求電子剤か求核剤か、どちらを活性化しているかを見極めることでどういった反応が進行するのか理解できるようになります。

水酸化物イオンの代わりにアルコキシドを作用させればエステル交換反応になります。アミンを作用させればアミド交換反応になりますが、アミン窒素の求核性が高いこと、アミドはカルボン酸誘導体の中で最も安定な（ポテンシャルが低い）誘導体なので、アミド交換反応の平衡はアミド生成の方に傾いており、アミド交換反応はアミド生成には使える反応として利用できます。